DE2133330B2 - Monostable multivibrator - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen monostabilen Multivibrator nach dem Gattungsbegriff des Anspruches I. Bei derartigen monostabilen Multivibratoren besteht oftmals die Forderung, das mittlere Tastverhältnis mit großer Geschwindigkeit konstant zu halten.The present invention relates to a monostable multivibrator according to the generic term of Claim I. In such monostable multivibrators there is often the requirement that the middle To keep duty cycle constant at high speed.
Ein aus der US-PS 34 19 735 bekannter monostabiler Multivibrator dieser Art benutzt zu dem angestrebten Zweck einen Zeitgebet kondensator, der an einen Regeltransistor angeschlossen ist. Der Regeltransistor erzeugt während des Betriebes ein dem Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechendes Signal, durch welches ein Ladestrom zum die Umschaltung des monostabilen Multivibrators auslösenden Zeitgeberkondensator derart gesteuert wird, daß bei wiederholter Triggerung des monostabilen Multivibratorausgangs der Mittelwert des Tastverhältnisses über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird.A monostable known from US-PS 34 19 735 Multivibrator of this type uses a prayer capacitor for the intended purpose, which is connected to a Control transistor is connected. The control transistor generates a duty cycle during operation of the monostable multivibrator corresponding signal, through which a charging current for switching the monostable multivibrator triggering timer capacitor is controlled so that when repeated Triggering of the monostable multivibrator output the mean value of the duty cycle over a long period Period is kept constant.
Bei dem bekannten monostabilen Multivibrator unterliegt jedoch das Tastverhältnis insbesondere bei Temperaturschwankungen ebenfalls einer gewissen Änderung. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß im bekannten Fall der Regeltransistor direkt durchIn the known monostable multivibrator, however, the pulse duty factor is particularly subject to Temperature fluctuations also have a certain change. This is particularly due to that in the known case, the control transistor through directly
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den Strom gesteuert und gespeist wird, der von den Transistoren des Monoflops geschaltet und gezogen wird.the current is controlled and fed, which is switched and drawn by the transistors of the monoflop will.
Ausgehend von dieser bekannten Regelung des Tastverhältnisses bei einem monostabilen Multivibrator ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Regelschaltkreis so auszubilden, daß das Tastverhältnis unabhängig von Temperaturänderungen noch genauer konstant gehalten wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmhar.Based on this known regulation of the pulse duty factor in a monostable multivibrator It is the object of the present invention to design the control circuit so that the duty cycle is kept constant even more precisely regardless of temperature changes. The solution to this problem succeeds according to the invention characterized in claim 1. Further advantageous embodiments of the Invention can be taken from the subclaims.
Anhand des in der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators im folgenden näher erläutertBased on the embodiment shown in the single figure of the accompanying drawing is the Circuit arrangement of the monostable multivibrator according to the invention explained in more detail below
Gemäß der Figur ist ein herkömmlicher monostabiler Multivibrator (Monoflop) 28 dargestellt der in integrierter Schaltkreistechnik verwirklicht sein kann. Der innerhalb des Bausteines 28 dargestellte Schaltkreis ist eine höchst vereinfachte Version eines Schaltkreises, den solche Bausteine normalerweise aufweisen, wobei die Darstellung nur dem Verständnis des Gesamtsystems dient Grundsätzlich enthält der Baustein zwei Transistoren 1 und 2, wobei die Basis des Transistors 1 über einen Widerstand 4 mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden ist. Die Verbindung der Basis des Transistors 2 mit dem Kollektor des Transistors 1 befindet sich nicht innerhalb des Bausteines, sondern ist durch externe Komponenten in Form des Widerstandes 29 und des Kondensators 30 vorgesehen.According to the figure, a conventional monostable multivibrator (monoflop) 28 is shown in the integrated Circuit technology can be realized. The circuit shown within module 28 is a highly simplified version of a circuit normally found in such building blocks, where the illustration only serves to understand the overall system. Basically, there are two components in the block Transistors 1 and 2, the base of the transistor 1 via a resistor 4 to the collector of the Transistor 2 is connected. The connection of the base of transistor 2 to the collector of transistor 1 is not located within the module, but is through external components in the form of the resistor 29 and the capacitor 30 are provided.
Im Normal- bzw. Ruhezustand ist der Transistor t nichtleitend und es liegt ein Ausgangssignal Q~ vor. Hingegen ist der Transistor 2 leitend, so daß kein Ausgangssignal Q vorliegt. Ein dem Triggereingang TRIG zugeführter positiver Impuls schaltet das Monoflop, d. h. der Transistor 1 wird ein- und der Transistor 2 wird für eine bestimmte Zeitdauer ausgeschaltet. In diesem Zustand wird ein Ausgangssignal am Ausgang^ erzeugt, während das Ausgangssignal am Ausgang Q verschwindet Der restliche Teil des Schaltkreises bildet einen Regelschaltkreis, der einen herkömmlichen als integrierter Schaltkreis ausgeführten Operationsverstärker 45, einen Integrationiikondensator 46, Widerstände 47,48,49, 50 und 51 und Dioden 52,53 und 54 aufweist. Der Widerstand 50 ist einstellbar, um eine Kompensation der aus den Toleranzen der Bauteile möglicherweise entstehenden Fehler zu ermöglichen. Ferner ir,t eine Anschlußklemme 60 für eine positive Spannungsversorgung angeordnet, wobei deren Potential positiver als das an der positiven Anschlußklemme 41 des Monoflops anliegende Potential' ist. Der Verstärker 45 ist so mit dem Kondensator 46 verbunden, daß die Anordnung insgesamt als Imtegrierglied arbeitet.In the normal or idle state, the transistor t is non-conductive and there is an output signal Q ~ . In contrast, the transistor 2 is conductive, so that no output signal Q is present. A positive pulse fed to the trigger input TRIG switches the monoflop, ie transistor 1 is switched on and transistor 2 is switched off for a certain period of time. In this state, an output signal is generated at the output ^, while the output signal at the output Q disappears. The remainder of the circuit forms a control circuit, the conventional integrated circuit operational amplifier 45, an integration capacitor 46, resistors 47, 48, 49, 50 and 51 and diodes 52, 53 and 54. The resistor 50 is adjustable in order to enable compensation for any errors that may arise from the tolerances of the components. Furthermore, a connection terminal 60 for a positive voltage supply is arranged, the potential of which is more positive than the potential applied to the positive connection terminal 41 of the monoflop. The amplifier 45 is connected to the capacitor 46 so that the arrangement as a whole operates as an integrating element.
Wenn das Monoflop 28 durchgeschaltet ist, so ruft die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 45 einen Ladestrom über den Widerstand 29 für den Zeitgeberkondensator 30 hervor, wodurch diie Spannung an der Basis des Transistors 2 exponentiell ansteigt. Wenn diese Spannung auf einen ausreichend hohen Wert angestiegen ist, so schaltet das Monoflop in den nicht erregten Zustand zurück.When the monoflop 28 is switched on, the voltage at the output of the operational amplifier 45 causes a charging current via the resistor 29 for the timer capacitor 30, as a result of which the voltage at the base of the transistor 2 increases exponentially . When this voltage has risen to a sufficiently high value, the monoflop switches back to the non-excited state.
Die Geschwindigkeit, mit der die Spannung an der Basis des Transistors 2 ansteigt, und somit die Länge der erregten Periode des Monoflops hängt von dem Mittelwert der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 45 und dem resultierenden Ladestrom ab, derThe speed at which the voltage at the base of transistor 2 increases, and thus the length of the excited period of the monoflop depends on the mean value of the output voltage of the operational amplifier 45 and the resulting charging current, the
während des Zeitraumes, in dem das Monoflop erregt ist, über den Widerstand 29 fließt Diese Werte werden durch die Regelschaltung in der erforderlichen Weise eingestellt, um den gewünschten Wert für das mittlere Tastverhältnis aufrechtzuerhalten.during the period in which the monoflop is excited, flows through the resistor 29. These values are adjusted by the control circuit in the required manner to the desired value for the mean Maintain duty cycle.
Wenn sich das Monoflop in seinem erregten Zustand befindet, so gestattet die_Abwesenheit eines Ausgangssignals am Ausgang Q einen Stromfluß von der Anschlußklemme 60 über die Widerstände 50 und 49 und die Diode 54. Die Diode 53 ist zu diesem Zeitpunkt in Sperrichtung gepolt und verhindert eine Beeinflussung des invertierenden Einganges des Operationsverstärkers 45.When the monoflop is in its excited state, the absence of an output signal at output Q allows current to flow from terminal 60 via resistors 50 and 49 and diode 54. At this point in time, diode 53 is polarized in the reverse direction and prevents the inverting input of the operational amplifier 45.
Wenn sich jedoch dac Monoflop in seinem nicht erregten Zustand befindet, so sperrt_die sich ergebende Ausgangsspannung am Ausgang Q die Diode 54 in Sperrichtung vor. Hierdurch wird der über die Widerstände 50 und 49 fließende Strom umgeleitet und fließt als Strom i\ über die Diode 51 in den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 45. Der Strom h fließt somit nur. wenn das Monoflop sich im nicht erregten Zustand befindet.However, if the monoflop is in its non-excited state, the resulting output voltage at output Q blocks the diode 54 in the blocking direction. As a result, the current flowing through the resistors 50 and 49 is diverted and flows as current i \ through the diode 51 into the inverting input of the operational amplifier 45. The current h thus only flows. when the monoflop is in the de-energized state.
Die Widerstände 47 und 48 rufen einen ständigen Referenzstrom h hervor, der in den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 45 fließt. Hieraus ergibt sich eine feste Vorspannung an diesem Eingang. Die Diode 52 dient zur Kompensation von Effekten, die sich aus thermischen Änderungen während des Betriebes der Diode 53 ergeben können.The resistors 47 and 48 produce a constant reference current h which flows into the non-inverting input of the operational amplifier 45. This results in a fixed bias voltage at this input. The diode 52 is used to compensate for effects that can result from thermal changes during the operation of the diode 53.
Die Widerstandswerte der beiden Widerstände 47 und 51 sind einander gleich und der Operationsverstärker 45 besitzt eine hohe Impedanz. Infolgedessen befindet, sich der Verstärker dann und nur dann im Gleichgewicht und hält seine Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert, wenn der Mittelwert des Stromes i\ gleich dem Wert des Stromes h ist.The resistance values of the two resistors 47 and 51 are equal to each other and the operational amplifier 45 has a high impedance. As a result, the amplifier is then and only in equilibrium and keeps its output voltage at a constant value if the mean value of the current i \ equals the value of the current h .
Da zusätzlich das Monoflop sein mittleres Tastverhältnis beibehält, muß die Summe des eingestellten Wertes für den Widerstand 50 und des Wertes für den Widerstand 49 gleich der Hälfte des Wertes des Widerstandes 48 gemacht werden. Auf diese Weise ist dann und nur dann der Mittelwert von /Ί gleich dem Wert von h und der Verstärker 45 befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der Strom /Ί nur für die Hälfte der Zeit fließt. Dies ist aber nur möglich, wenn die mittlere Länge der Zeitabschnitte de: erregten und des nicht-erregten. Zustandes des Monoflops einander gleich sind oder wenn mit anderen Worten das Tastverhältnis eins ist. Nur für diesen genannten Wert des Tastverhältnisses Fließt der Strom /Ί für die Hälfte der Zeit, ist der Mittelwert des Stromes /Ί gleich dem Wert des Stromes k und befmdet sich der Verstärker 45 im abgeglichenen Zustand.Since, in addition, the monoflop maintains its average pulse duty factor, the sum of the set value for resistor 50 and the value for resistor 49 must be made equal to half the value of resistor 48. In this way, if and only then, the mean value of / is equal to the value of h and the amplifier 45 is in a state of equilibrium when the current / Ί only flows for half the time. However, this is only possible if the mean length of the time segments de: excited and the non-excited. State of the monoflop are equal to each other or if, in other words, the duty cycle is one. Only for this mentioned value of the pulse duty factor. If the current / Ί flows for half the time, the mean value of the current / Ί is equal to the value of the current k and the amplifier 45 is in the balanced state.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 ist die Spannung, die den Wert des Ladestromes für den Zeitgeberkondensator 30 festlegt Wenn somit das mittlere Tastverhältnis des Monoflops I beträgt und der Verstärker sich im ausgeglichenen Zustand befindet, so ist der Wert für die Ausgangsspannung des Verstärkers dergestalt, daß die Zeitabschnitte für den erregten Zustand des Monoflops eine Länge haben, wie sie für das geforderte Tastverhältnis von 1 notwendig istThe output voltage of amplifier 45 is the voltage that determines the value of the charging current for the Timer capacitor 30 sets when the mean duty cycle of the monoflop is I and the Amplifier is in a balanced state, the value for the output voltage of the amplifier is in such a way that the time segments for the excited state of the monoflop have a length as they are for the required duty cycle of 1 is necessary
Wenn die Zeitabschnitte, in denen das Monoflop erregt ist, kürzer werden, als dies für die Erhaltung des geforderten mittleren Tastverhältnisses von 1 erforderlich ist, so fließt der Strom i\ mehr als die Hälfte der Zeit. Infolgedessen wächst der Mittelwert des Stromes an und wird größer als der Wert des Stromes h- Dadurch gelangt der Verstärker 45 aus dem Gleichgewicht und seine Ausgangsspannung nimmt ab, bis die erregten Perioden soweit ausgedehnt worden sind, daß das mittlere Tastverhältnis von 1 wieder hergestellt ist. Der mittlere Wert für den Strom /Ί wird hierbei reduziert, so daß die Gleichheit zwischen diesem mittleren Wert und dem Wert für den Strom h wiederhei gestellt wird, was gleichbedeutend mit der Wiederherstellung des ausgeglichenen Zustandes für den Verstärker 45 ist Das Gleichgewicht wird in gleicher Weise wiederhergestellt, wenn die erregten Zeitabschnitte des Monoflops zu lang werden.If the time segments in which the monoflop is excited are shorter than is necessary to maintain the required average pulse duty factor of 1, the current i \ flows more than half the time. As a result, the mean value of the current increases and becomes greater than the value of the current h. As a result, the amplifier 45 comes out of equilibrium and its output voltage decreases until the excited periods have been extended to such an extent that the mean duty cycle of 1 is restored. The mean value for the current / Ί is here reduced so that the equality between this mean value and the value for the current h is restored, which is equivalent to restoring the balanced state for the amplifier 45. The equilibrium is achieved in the same way restored if the excited periods of the monoflop become too long.
Die Werte für den Widerstand 51 und den Kondensator 46 werden so gewählt daß die durch sie bestimmte Zeitkonstante sehr lang im Vergleich zur Länge der Periodendauer des Monoflops ist, um zu erreichen, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 nur von langzeitigen Änderungen der Differenz zwischen den Strömen /Ί und h abhängig wird.The values for the resistor 51 and the capacitor 46 are chosen so that the time constant determined by them is very long compared to the length of the period of the monoflop, in order to ensure that the output voltage of the amplifier 45 is only affected by long-term changes in the difference between the currents / Ί and h becomes dependent.
Es ist daher ersichtlich, daß eine Abweichung von dem geforderten mittleren Tastverhältnis den mittleren Wert des Stromes /Ί von dem Bezugswert des Stromes h. abweichen läßt und den Verstärker 45 in der geeigneten Richtung aus dem Gleichgewicht bringt, wodurch die Spannung an dessen Ausgang geändert wird. Hierdurch ändert sich der Ladestrom für den Zeitgeberkondensator und die Länge der erregten Periode in der erforderlichen Weise, um den erfaßten Fehler des mittleren Tastverhältnisses zu korrigieren.It can therefore be seen that a deviation from the required mean pulse duty factor reduces the mean value of the current / Ί from the reference value of the current h. can vary and the amplifier 45 unbalances in the appropriate direction, whereby the voltage at its output is changed. This changes the charging current for the timer capacitor and the length of the energized period as necessary to correct the detected average duty cycle error.
Der fortlaufende richtige Betrieb des Ivionoflops erfordert nicht, daß die Kapazität des Kondensators 30 oder die Triggerfrequenz konstant bleiben, solange die Veränderungen dieser Werte zu keinem Betrieb außerhalb des dynamischen Bereiches führen. Mit anderen Worten gesagt, heißt dies, daß innerhalb des dynamischen Betriebsbereiches des Monoflops dieses den gewünschten Mittelwert des Tastverhältnisses unabhängig von der unterschiedlichen Größe dec Zeitgeberkondensators uder der Triggerfrequenz beizubehalten sucht.The ongoing correct operation of the Ivionoflop does not require that the capacitance of capacitor 30 or the trigger frequency remain constant as long as the Changes to these values do not lead to operation outside the dynamic range. With In other words, this means that within the dynamic operating range of the monoflop this the desired mean value of the duty cycle regardless of the different size dec To maintain the timer capacitor uder the trigger frequency seeks.
Claims (4)
ein von dem Zustand des monostabilen Multivibrators (28) gesteuertes Schaltnetzwerk (47—54) zum Verbinden der Konstant-Signalspannungsquelle (60) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (45, 46) nur dann, wenn der monostabile Multivibrator (28) sich in dem einen seiner zwei Zustände befindetan integrating operational amplifier (45, 46); a constant signal voltage source (60); and
a switching network (47-54) controlled by the state of the monostable multivibrator (28) for connecting the constant signal voltage source (60) to the inverting input of the operational amplifier (45, 46) only when the monostable multivibrator (28) is in the is one of its two states
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |